» » Камерно-столбовая система разработки

Камерно-столбовая система разработки

08.08.2016

Камерно-столбовой системой разработки называется применяемая в пологих и наклонных залежах малой и средней мощности система разработки с естественным поддержанием очистного пространства, при которой выемку ведут камерами, доставляют руду по камерам механизированным способом (или, реже, силой взрыва), а кровля поддерживается целиками, Руда и вмещающие породы должны быть устойчивыми.
Этой системой на подземных рудниках России добывается около 1/6 объема руд.
Камерно-столбовая система (рис. XII.3) отличается от сплошной тем, что с целью увеличения числа забоев в панели или оставления сплошных опорных целиков (что повышает их прочность, облегчает последующую выемку) панель отрабатывают камерами. Камеры имеют прямоугольную в плане форму, вытянуты по ширине панели и параллельны между собой. Между камерами оставляют для поддержания кровли опорные целики, сплошные или в виде столбов.
Камерно-столбовая система разработки

По границам панелей оставляют панельные целики. Все целики, и междукамерные и панельные, могут быть как постоянными, так и временными. Постоянные между ка мерные целики между камерами по возможности оставляют изолированные или сплошные, последние — главным образом при относительно малоценных полезных ископаемых, таких, как калийная соль, гипс и т. п. или в случаях, когда замеры закладывают и между заложенными камерами вынимают целики. Возможности и методы выемки целиков при открытых камерах аналогичны имеющимся при сплошной системе разработки.
Варианты камерно-столбовой системы. Камерно-столбовую систему долгое время применяли только с постоянными целиками, и этот вариант принято считать классическим. В последние десятилетия все чаще встречаются варианты с выемкой целиков, как полной, так и частичной. При этом закладывают камеры перед выемкой целиков или обрушают кровлю по мере выемки целиков. Обрушением преследуются цели предотвратить внезапную самопосадку кровли и снизить опорное давление на целики в действующих камерах. Имеются варианты с подрывом целиков только для обрушения кровли, а обрушенная из целиков руда не извлекается. Иногда при выемке целиков поддерживают вокруг них выработанное пространство искусственными опорами.
Однако почти во всех случаях основной стадией работ для камерно-столбовой системы остается выемка камер, которая преимущественно и рассматривается ниже.
Условия применения камерно-столбовой системы. Камерно-столбовую систему применяют в пологих и наклонных залежах малой и средней мощности при устойчивых или среднеустойчивых руде и вмещающих породах,
Предпочтение перед сплошной системой ей отдают при следующих условиях:
1) менее устойчивые руды и вмещающие породы, повышенное горное давление, в связи с чем опорные целики должны быть ленточными;
2) наклонное залегание рудных тел, при котором камерная выемка облегчает использование самоходного оборудования расположением камер по простиранию залежи или дает возможность взрывной доставки руды при расположении камер по восстанию;
3) необходимость иметь забои одновременно в разных частях панели для усреднения качества рудной массы;
4) использование на очистных работах горных комбайнов проходческого типа;
5) более ценная руда, так как камерно-столбовая система имеет варианты с частичной или полной выемкой целиков.
Камерно-столбовая система — одна из самых древних. Ее давно и широко применяют при добыче руд цветных металлов, калийных солей, а в последние десятилетия — для добычи строительных материалов — гипса, известняка, пильного камня.
Параметры камерно-столбовой системы и подготовка. Ширина панели и размеры целиков выбираются таким же образом, как и для сплошной системы.
Ширина панели составляет от 80-150 м до 400-600 м при разработке калийных солей. Ширина камер 8-20 м, поперечные размеры целиков такие же, как и при сплошной системе или, в случае последующей выемки целиков, равные ширине камер. В случае механической отбойки ширина камер принимается равной ширине проходки комбайна или двух-трех проходов с разделяющими их тонкими целиками.
Подготовка та же, что и при сплошной системе разработки, с теми отличиями, что, во-первых, рудный панельный штрек сбивают с каждой камерой; во-вторых, рудная подготовка применяется в пологих залежах не только при использовании самоходного оборудования, но и (на калийных рудниках) при транспортировании руды конвейерами, так как они могут работать при значительных уклонах.
Очистная выемка. Крепкие и средней крепости руды отбивают в большинстве случаев шпурами, бурят их перфораторами. Есть опыт применения проходческих комбайнов для отбойки руд средней крепости на железных рудниках Западной Европы. На калийных рудниках отбивают руду преимущественно комбайнами, а при шпуровой отбойке бурят шпуры электросверлами. Отбойку скважинами во избежание нарушения кровли и целиков применяют реже и только с уменьшенным диаметром скважин, бурение — штанговое.
На очистной выемке крепких и средней крепости руд используют самоходное или переносное оборудование. Самоходное оборудование используют такое же, как и при сплошной системе разработки.
Для переносного оборудования типичен вариант системы, изображенный на рис. XII.3. Отбойка руды шпуровая, доставка скреперная лебедками мощностью 50—100 кВт. Применяют трехбарабанные скреперные лебедки, что позволяет убирать руду по всей ширине камеры. При мощности залежи приблизительно до 5 м руду в камере вынимают сразу по всей высоте, а при большей мощности — слоями высотой 4-5 м, начиная с верхнего.
На ряде рудников бурят веера скважин из штрека (или наклонного восстающего в наклонных залежал), пройденного по длине камеры у почвы залежи. Чтобы устранить доступ в очистное пространство машинистов скреперных установок, перебрасывают скреперный канат через навал руды с помощью пневмопушек.
Проветривание осуществляют сквозной струей. Меры охраны труда те же, что и для сплошной системы.
В цветной металлургии камерно-столбовую систему широко применяют на рудниках Джезказганского и Ачисайского (практика которого подробно рассмотрена ниже) комбинатов, на Ceверо-уральских бокситовых рудниках (СУБР), Хайдарканском, Кадамжайском, Ингичникском рудниках.
Камерно-столбовая система разработки на рудниках Ачисайского полиметаллического комбината. Горнотехнические условия и основные варианты системы разработки. Глубина разработки 300-700 м. Залежи — наклонные, пластообразные, мощностью 3-12 м, в среднем 5 м. Руды представлены минерализованными известняками с коэффициентом крепости 10—12. В висячем и лежачем боках залегают более крепкие известняки. Кондиционный размер куска руды 800 мм; высота этажа 90 м. На горизонте электровозной откатки проходят полевой штрек в лежачем боку на расстоянии около 200 м от рудного тела и рудный штрек у лежачего бока; соединяют их через 200—300 м квершлагами, которые служат для кольцевания откатки и приема руды из блоков рудоспусков. Имеется наклонный ствол для спуска-подъема людей, материалов и оборудования в автомашинах и самоходного оборудования своим ходом.
Камерно-столбовую систему применяют в двух вариантах: с механизированной доставкой руды в очистном пространстве самоходным оборудованием при угле падения залежей до 20-25°; со взрывной доставкой руды при угле 25-45°.
Оба эти варианта применяют как с оставлением постоянных целиков, так и с последующей твердеющей закладкой и выемкой целиков. Ниже варианты рассматриваются применительно к оставлению постоянных целиков.
Камерно-столбовая система разработки

Вариант камерно-столбовой системы с доставкой руды в очистном пространстве самоходным оборудованием (Ачисайский комбинат). Камеры располагают по простиранию залежи с тем, чтобы обеспечить горизонтальное или возможно менее наклонное положение их почвы, удобное для работы самоходных машин. Основной вариант изображен на рис. XII.4. На глубине 400-500 м ширина камер 8 м. целики сплошные шириной 6 м или столбообразные шириной 6-8 м и длиной 12 м. Пробовали располагать опорные целики вертикально, но тогда они по краям разрушались до контуров, близких к нормали относительно контактов залежи. Поэтому стали оставлять целики крутонаклонные — на 7° круче нормали к контактам. Барьерные целики оставляют шириной 15-25 м по границам этажей; на нижних горизонтах ширину потребовалось увеличить. Отбивают руду шпурами, кровлю закрепляют штангами. При мощности залежи более 3 м используют самоходные бурильные установки преимущественно дизельные пневмоколесные ВТФ, «Параматик», «Миниматик» с двумя-тремя манипуляторами. Диаметр шпуров 54 мм, глубина 3,5 м, производительность бурильной установки 180-260 м/смену.
На погрузке и доставке руды используют ковшовые погрузочно-доставочные машины ПД-8, СТ-5А и «Торо» (на шины надевают цепи), а также гусеничные погрузочные машины с нагребающими рычагами ПНБ-Зк и ПНБ-Зд в комплексе с 20-тонными автосамосвалами МоАЗ. Производительность погрузочных, погрузочно-доставочных машин и автосамосвалов в 1981 г. составила на 1 машину 200-280 т/смену.
Подготовительные выработки для проезда пневмошинного самоходного оборудования нарезают сечением 5x4 м, по пустым породам 4,5х4 м, уклон 6-8° на прямых участках и до 5° на закруглениях. Рудодоставочный штрек располагают в рудном теле у висячего бока. Диагональный съезд для самоходного оборудования пробивают в целиках сверху вниз по мере понижения работ. Оборудование при проведении подготовительных выработок используют то же, что и на очистных работах, поэтому производительность труда при рудной подготовке лишь на 20 % ниже, чем на очистных работах. Дороги выстилают рудной мелочью: Кровлю камер закрепляют штангами длиной 2 м по сетке 1х1 м.
В залежах мощностью 10-12 м выемку ведут горизонтальными слоями, начиная с верхнего слоя. Для увеличения фронта работ в слое соседние камеры отрабатывают попарно; нижний слой одной из них является верхним для другой.
Бригады на очистных работах — суточные, комплексные. Состав и численность бригады определяются из расчета наиболее полного использования погрузочно-доставочных машин. Все члены бригады имеют по несколько профессий, причем водители автосамосвалов и часть других членов бригады имеют права взрывника. Водители автосамосвалов разводят BB и помогают при заряжании.
Шпуры под штанги выбуривают рабочие забойной бригады, а устанавливает штанги другая бригада. При численности забойной бригады в 36 чел, установкой штанг заняты двое рабочих.
Мелкий ремонт самоходного оборудования выполняют на месте электрослесари с помощью забойных рабочих, а иногда и сами забойные рабочие. Численность электрослесарной группы, ремонтирующей забойные машины, приблизительно равна численности забойной группы. Производительность труда забойного рабочего на очистных работах до 100 т/смену, в среднем 60-70 т/смену, а с учетом подготовительно-нарезных работ до 80 т/смену, в среднем 50-60 т/смеиу.
Удельный расход BB на отбойку 350 г/т, на вторичное дробление лишь 15 г/т, Потери руды изменяются от 17-18 % на глубине 200 м до 32-36% на глубине 400-450 м; разубоживание - 10%,
Вариант с последующим обрушением кровли (Ачисайский комбинат). Для снижения потерь руды в целиках в 1973-1974 г. начали применять последующее обрушение кровли, целики подрывают сразу все по одной линии. Для обрушения целика пробуривают в верхней его части, на 2-3 м выше почвы залежи, два вертикальных ряда шпуров, располагая шпуры в рядах и шахматном порядке. При высоте целика 5-6 м располагают шпуры в виде ромбообразного конверта с дополнительным шпуром посередине. Целики обуривают одновременно с просечками в интервалах между ними, но взрывают с отставанием, Отставание — не более чем на 3 камеры, так как на большом удалении от обрушения повышается горное давление вплоть до раздавливания целиков.
Подрыв целиков вызывает обрушение кровли до линии ближайших оставшихся целиков на некоторую высоту (т. е. частичное, а не полное обрушение налегающих пород).
Камеры принимают шириной 5 м, целики — 3x2,5 м. Потери руды в целиках снижаются (против работы без обрушения) на 5-7 %, не требуется крепить кровлю камер штангами.
Частичное обрушение кровли снижает горное давление на ближайшие два ряда целиков и повышает на большем удалении от кромки обрушения. Объясняется это тем, что опорное давление концентрируется на известном расстоянии от границы подработанной толщи.
Последующее обрушение кровли дает возможность обособленной выемки пластов кондиционных руд с обрушением и оставлением в выработанном пространстве некондиционного пропластка (рис. XII.5).
Камерно-столбовая система разработки

Вариант со взрывной доставкой руды (Ачисайский комбинат). Применяется при углах падения залежи 25-45°. Особенности его (рис. XII.6): расположение камер по восстанию залежи; междукамерные целики сплошные; ширина камер 18 м при глубине работ 300 м и 12 м при глубине 400-500 м; ширина целиков 4-6 м. Схема комплексной механизации для этого варианта разработана под руководством и при участии С.М. Мауленкулова.
Штрек для доставки самоходным оборудованием к рудоспуску руды, выпущенной из камер, проходят близ висячего бока, из него в сторону лежачего бока — погрузочные ниши с уклоном вниз около 6%, для того чтобы масса погрузочно-доставочной машины помогла ковшу врезаться в навал руды. Из ниши нарезают по руде у лежачего бока рудный восстающий сечением 2,8x2 м с помощью модернизированного самоходного полка КПН-1, предназначенного для проходки выработок с углом наклона 25-60°.
На очистных работах используются: буровая установка БСМ на салазках — для бурения вееров скважин диаметром 56 мм из наклонного восстающего, производительность 47 м/чел.-смену; передвижной полок для заряжания скважин и оборки бортов и кровли наклонного восстающего; бульдозер БДПУ с дистанционным управлением или скреперная установка — для доставки к нижней части камеры оставшейся на лежачем боку руды; погрузочно-доставочная машина — для погрузки руды из ниш и доставки ее к рудоспуску.
Всю камеру обуривают до начала взрывных работ; бурильщикам скважин введена индивидуальная сдельная оплата труда по маркшейдерскому учету суммарной длины пробуренных скважин.
Удельный расход BB на отбойку 450 г/т против 350 г/т при механизированной доставке руды.
Особенности отбойки, связанные со взрывной доставкой, освещены были выше при рассмотрении взрывной доставки руды.
Камеры имеют длину до 60-80 м, этаж вертикальной высотой 90 м отрабатывают по падению двумя рядами камер с подэтажом для доставки руды.
В начале отработки камеры — на первых 20 м по длине — вся отбитая руда сбрасывается взрывом к выпускной нише. После отработки следующих 20 м очищают лежачий бок от отбитой руды. Затем отбивают руду в остальной части камеры и окончательно очищают лежачий бок от оставшейся на нем (в количестве около 15 %) руды.
Бульдозер БДПУ используют для очистки лежачего бока при угле наклона почвы до 30°; перемещению его вверх (холостой ход) помогает тяговая лебедка, управляемая дистанционно с того же пульта, что и бульдозер. Производительность бульдозера около 50 т/ч при расстоянии доставки до 30-40 м. При угле 30-35° используют скреперную установку, трос перебрасывают через выработанное пространство с помощью пневмопушки. Испытывают гидроселевую доставку.
В нишах работают погрузочно-доставочные машины, производительность их до 700 т/смену при расстоянии доставки до 100 м, причем машины много времени простаивают в ожидании электровозных составов, так как рудоспуски, соединяющие горизонты доставки и откатки, имеют малую длину (около 5 м), не обеспечивающую буферной емкости.
В бригаду очистных работ входят 2 взрывника, которые оба работают в первую смену, и 3 машиниста ПДМ, обычно имеющие права взрывника, — по 1 чел. в смену. Бригада обслуживает участок из 2-4 камер. Показатели производительности труда близки к приведенным выше показателям варианта с механизированной доставкой руды по очистному пространству,
Технико-экономическая характеристика и сравнительная оценка камерно-столбовой системы разработки. На металлических рудниках по производительности труда и показателям извлечения руды эта система близка к сплошной системе разработки при том же оборудовании. Расход подготовительно-нарезных выработок при изолированных целиках 3-5 м/1000 т, а при ленточных целиках 5-7 м/1000 т.
По сравнению со сплошной системой камерно-столбовая позволяет: иметь большее число забоев в панели, если это необходимо для усреднения качества рудной массы, выдачи руды по сортам или интенсификации выемки; оставлять при необходимости большие, в том числе и сплошные, опорные целики при уменьшенной ширине камер. Сравнительные недостатки: более узкий фронт работ в забое; целики располагаются по строгой геометрической сетке и их нельзя приурочить выборочно к участкам бедных руд, пережимам залежи и т. п., как это делают иногда при сплошной системе разработки для снижения потерь металла при добыче.
Направления дальнейшего развития камерно-столбовой системы при крепких рудах в основном те же, что и для сплошной системы.
Экономическое сравнение с другими системами разработки возможно по условию максимизации дохода (XI.3).